Rollen af almindeligt anvendte elementer i gråt støbejern
1. Kulstof og silicium: Kulstof og silicium er elementer, der stærkt fremmer grafitisering. Kulstofækvivalent kan bruges til at illustrere deres virkninger på den metallografiske struktur og mekaniske egenskaber af gråt støbejern. Forøgelse af kulstofækvivalenten får grafitflagerne til at blive grovere, øges i antal og falde i styrke og hårdhed. Tværtimod kan en reduktion af kulstofækvivalenten reducere antallet af grafitter, forfine grafit og øge antallet af primære austenit-dendritter og derved forbedre de mekaniske egenskaber af gråt støbejern. Reduktion af kulstofækvivalenten vil dog føre til et fald i støbeydelsen.
2.Mangan: Mangan i sig selv er et grundstof, der stabiliserer karbider og hindrer grafitisering. Det har den effekt at stabilisere og forfine perlit i gråt støbejern. I intervallet Mn=0,5% til 1,0% er en forøgelse af mængden af mangan befordrende for at forbedre styrke og hårdhed.
3. Fosfor: Når fosforindholdet i støbejern overstiger 0,02 %, kan der forekomme intergranulær fosforeutektik. Opløseligheden af fosfor i austenit er meget lille. Når støbejern størkner, forbliver fosfor stort set i væsken. Når den eutektiske størkning er næsten fuldstændig, er den resterende væskefasesammensætning mellem de eutektiske grupper tæt på den ternære eutektiske sammensætning (Fe-2%, C-7%, P). Denne flydende fase størkner ved omkring 955 ℃. Når støbejern størkner, adskilles molybdæn, krom, wolfram og vanadium alle i den fosforrige væskefase, hvilket øger mængden af fosfor eutektisk. Når fosforindholdet i støbejern er højt, vil det udover de skadelige virkninger af selve fosforeutektikken også reducere legeringselementerne indeholdt i metalmatricen og derved svække legeringselementernes virkning. Den fosforeutektiske væske er grødet omkring den eutektiske gruppe, der størkner og vokser, og det er svært at få genopfyldt under størkningssvind, og støbningen har større tendens til at krympe.
4.Svovl: Det reducerer flydendeheden af smeltet jern og øger støbegodsets tendens til at revne varmt. Det er et skadeligt element i støbegods. Derfor tror mange, at jo lavere svovlindhold, jo bedre. Faktisk, når svovlindholdet er ≤0,05%, virker denne form for støbejern ikke for det almindelige podemiddel, vi bruger. Årsagen er, at podningen henfalder meget hurtigt, og der opstår ofte hvide pletter i afstøbningen.
5.Kobber: Kobber er det mest almindeligt tilsatte legeringselement i produktionen af gråt støbejern. Hovedårsagen er, at kobber har et lavt smeltepunkt (1083℃), er let at smelte og har en god legeringseffekt. Kobbers grafitiseringsevne er omkring 1/5 af siliciums, så det kan reducere støbejerns tendens til at have en hvid støbning. Samtidig kan kobber også reducere den kritiske temperatur ved austenitomdannelse. Derfor kan kobber fremme dannelsen af perlit, øge indholdet af perlit og forfine perlit og styrke perlit og ferrit deri, og derved øge hårdheden og styrken af støbejern. Men jo højere mængden af kobber, jo bedre. Den passende mængde kobber tilsat er 0,2% til 0,4%. Ved tilsætning af en stor mængde kobber er tilsætning af tin og krom på samme tid skadeligt for skæreydelsen. Det vil forårsage, at der produceres en stor mængde sorbitstruktur i matrixstrukturen.
6. Chrom: Legeringseffekten af chrom er meget stærk, hovedsagelig fordi tilsætning af chrom øger tendensen af smeltet jern til at have en hvid støbning, og støbningen er let at krympe, hvilket resulterer i spild. Derfor bør mængden af krom kontrolleres. På den ene side håber man, at det smeltede jern indeholder en vis mængde krom for at forbedre støbningens styrke og hårdhed; på den anden side er krom strengt kontrolleret ved den nedre grænse for at forhindre, at støbegodset krymper og forårsager en stigning i skrotmængden. Traditionel erfaring hævder, at når chromindholdet i det originale smeltede jern overstiger 0,35 %, vil det have en dødelig effekt på støbningen.
7. Molybdæn: Molybdæn er et typisk sammensætningsdannende grundstof og et stærkt perlitstabiliserende grundstof. Det kan forfine grafit. Når ωMo<0,8%, kan molybdæn forfine perlit og styrke ferritten i perlit, og derved effektivt forbedre styrken og hårdheden af støbejern.
Flere problemer i gråt støbejern skal bemærkes
1. Forøgelse af overophedningen eller forlængelse af holdetiden kan få de eksisterende heterogene kerner i smelten til at forsvinde eller reducere deres effektivitet, hvilket reducerer antallet af austenitkorn.
2.Titanium har den virkning at raffinere primær austenit i gråt støbejern. Fordi titaniumcarbider, nitrider og carbonitrider kan tjene som grundlag for austenitkernedannelse. Titanium kan øge kernen af austenit og forfine austenitkorn. På den anden side, når der er overskydende Ti i det smeltede jern, vil S i jernet reagere med Ti i stedet for Mn for at danne TiS-partikler. Grafitkernen i TiS er ikke så effektiv som MnS. Derfor forsinkes dannelsen af eutektisk grafitkerne, hvorved udfældningstiden for primær austenit øges. Vanadium, krom, aluminium og zirconium ligner titanium, idet de er lette at danne carbider, nitrider og carbonitrider og kan blive til austenitkerner.
3.Der er store forskelle i virkningerne af forskellige inokulanter på antallet af eutektiske klynger, som er arrangeret i følgende rækkefølge: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi indeholdende Sr eller Ti har en svagere effekt på antallet af eutektiske klynger. Podemidler indeholdende sjældne jordarter har den bedste effekt, og effekten er mere signifikant, når de tilsættes i kombination med Al og N. Ferrosilicium indeholdende Al og Bi kan kraftigt øge antallet af eutektiske klynger.
4. Kornene af grafit-austenit tofaset symbiotisk vækst dannet med grafitkerner som centrum kaldes eutektiske klynger. Submikroskopiske grafitaggregater, resterende usmeltede grafitpartikler, primære grafitflagegrene, højsmeltepunktforbindelser og gasindeslutninger, der findes i smeltet jern og kan være kernerne i eutektisk grafit, er også kernerne i eutektiske klynger. Da den eutektiske kerne er udgangspunktet for væksten af den eutektiske klynge, afspejler antallet af eutektiske klynger antallet af kerner, der kan vokse til grafit i den eutektiske jernvæske. Faktorer, der påvirker antallet af eutektiske klynger, omfatter kemisk sammensætning, kernetilstanden af det smeltede jern og afkølingshastigheden.
Mængden af kulstof og silicium i den kemiske sammensætning har en vigtig indflydelse. Jo tættere kulstofækvivalenten er på den eutektiske sammensætning, jo flere eutektiske klynger er der. S er et andet vigtigt element, der påvirker de eutektiske klynger af gråt støbejern. Lavt svovlindhold er ikke befordrende for at øge de eutektiske klynger, fordi sulfidet i det smeltede jern er et vigtigt stof i grafitkernen. Desuden kan svovl reducere grænsefladeenergien mellem den heterogene kerne og smelten, så flere kerner kan aktiveres. Når W (S) er mindre end 0,03 %, reduceres antallet af eutektiske klynger signifikant, og effekten af podning reduceres.
Når massefraktionen af Mn er inden for 2 %, øges mængden af Mn, og antallet af eutektiske klynger stiger tilsvarende. Nb er let at generere kulstof- og nitrogenforbindelser i det smeltede jern, som fungerer som en grafitkerne for at øge de eutektiske klynger. Ti og V reducerer antallet af eutektiske klynger, fordi vanadium reducerer kulstofkoncentrationen; titanium fanger let S i MnS og MgS for at danne titaniumsulfid, og dets nukleeringsevne er ikke så effektiv som MnS og MgS. N i det smeltede jern øger antallet af eutektiske klynger. Når N-indholdet er mindre end 350 x 10-6, er det ikke indlysende. Efter overskridelse af en vis værdi øges superafkølingen, hvorved antallet af eutektiske klynger øges. Ilt i smeltet jern danner let forskellige oxidindeslutninger som kerner, så når ilten stiger, stiger antallet af eutektiske klynger. Ud over den kemiske sammensætning er den eutektiske smeltes kernetilstand en vigtig indflydelsesfaktor. Opretholdelse af høj temperatur og overophedning i lang tid vil få den oprindelige kerne til at forsvinde eller mindske, reducere antallet af eutektiske klynger og øge diameteren. Inokulationsbehandling kan i høj grad forbedre kernetilstanden og øge antallet af eutektiske klynger. Afkølingshastigheden har en meget tydelig effekt på antallet af eutektiske klynger. Jo hurtigere afkøling, jo flere eutektiske klynger er der.
5.Antallet af eutektiske klynger afspejler direkte tykkelsen af de eutektiske korn. Generelt kan fine korn forbedre ydeevnen af metaller. Under forudsætningen af den samme kemiske sammensætning og grafittype, når antallet af eutektiske klynger stiger, øges trækstyrken, fordi grafitpladerne i de eutektiske klynger bliver finere i takt med at antallet af eutektiske klynger øges, hvilket øger styrken. Men med stigningen af siliciumindholdet stiger antallet af eutektiske grupper markant, men styrken falder i stedet; styrken af støbejern stiger med stigningen i overhedningstemperaturen (til 1500 ℃), men på dette tidspunkt falder antallet af eutektiske grupper betydeligt. Forholdet mellem ændringsloven for antallet af eutektiske grupper forårsaget af langvarig podningsbehandling og stigningen i styrke har ikke altid samme tendens. Styrken opnået ved podningsbehandling med FeSi indeholdende Si og Ba er højere end den opnået med CaSi, men antallet af eutektiske grupper af støbejern er meget mindre end CaSi. Med stigningen i antallet af eutektiske grupper øges støbejerns krympningstendens. For at forhindre dannelsen af svind i små dele, bør antallet af eutektiske grupper kontrolleres til under 300~400/cm2.
6. Tilføjelse af legeringselementer (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb), der fremmer underkøling i grafitiserede podemidler, kan forbedre graden af underkøling af støbejern, forfine kornene, øge mængden af austenit og fremme dannelsen af perlit. De tilføjede overfladeaktive elementer (Te, Bi, 5b) kan adsorberes på overfladen af grafitkerner for at begrænse grafitvækst og reducere grafitstørrelse for at opnå formålet med at forbedre omfattende mekaniske egenskaber, forbedre ensartethed og øge organisatorisk regulering. Dette princip er blevet anvendt i produktionspraksis af støbejern med højt kulstofindhold (såsom bremsedele).
Indlægstid: Jun-05-2024
